Длина нейтронного рассеяния

В табл. 14.2 длины нейтронного рассеяния Ь для нескольких элементов сравниваются с соответствующими длинами рентгеновского рассеяния. Прежде всего заметим, что у атомов водорода и дейтерия длина нейтронного рассеяния сравнима с длиной рассеяния у других даже тяжелых элементов. Следовательно, водород будет давать существенный вклад в наблюдаемое нейтронное рассеяние, хотя вклад его в рентгеновское рассеяние мал. [c.438]

Нейтронная дифракция в кристаллах осуществляется точно так же, как рентгеновская дифракция. Однако ввиду того, что длины нейтронного рассеяния различаются у разных атомов не столь сильно, метод изоморфного замещения становится неприменимым. На практике обычно работают с кристаллом, у которого молекулярная структура уже приблизительно установлена другими методами. Затем для того же кристалла измеряют интенсивности нейтронной дифракции. По этим результатам проводят синтез Фурье, в ходе которого используют измеренные нейтронные интенсивности и фазы, вычисляемые с учетом всех неводородных атомов, положение которых в модели структуры известно. На полученной таким образом фурье-карте атомы Н и О представлены с гораздо большими весами, чем на карте электронной плотности, ибо весьма велик относительный вклад этих атомов в нейтронное рассеяние. По этой карте можно определить положения Н (отрицательная плотность) или О (положительная плотность ). Теперь структурная модель может быть дополнена атомами водорода или дейтерия, и при желании можно провести дальнейшее ее уточнение. [c.438]

Удобно ввести понятие рассеивающей плотности а. Для рентгеновских лучей а пропорциональна электронной плотности, которая в свою очередь пропорциональна атомным рассеивающим факторам. Для нейтронов а пропорциональна средней длине нейтронного рассеяния для рассматриваемых атомов. В случае рентгеновских лучей можно подбирать рассеивающую плотность растворителя, меняя концентрацию соли и сахарозы в раство- [c.439]

Длина магнитного рассеяния нейтронов Ъм атомом с результирующим спиновым квантовым числом Зм дается выражением [c.81]

Анализ нейтронного рассеяния позволяет получить ценную информацию о нормальных и межцепных колебаниях в полимерах. Нейтроны с низкой энергией могут рассеиваться полимерным образцом и терять ча сть своей энергии, которая эквивалентна характеристическим молекулярным колебательным частотам образца. Возбуждающие нейтроны должны иметь узкое распределение по энергиям и среднюю энергию, близкую к энергии низкочастотных движений молекул рассеивающего вещества. При этих энергиях длины волн нейтронов сравнимы с атомными расстояниями. Рассматриваемый метод анализа позволяет оценить также сечения нейтронного рассеяния полимеров, конформации полимеров в стеклах, каучуках и растворах (особенно при малоугловом рассеянии нейтронов), структуру полимерных сеток. [c.303]

ДЛИНА НЕЙТРОННОГО И РЕНТГЕНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ у РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ [c.437]

Еще замечательнее тот факт, что у атома водорода длина рассеяния отрицательна, в то время как у дейтерия она больше по величине и положительна. Отрицательная длина рассеяния означает, что рассеяние от Н сдвинуто по фазе на 180° относительно рассеяния от всех других атомов. Измеряемые интенсивности зависят от Ь , так что на них не сказывается прямо знак Ь, но он влияет на величину интерференционных членов, определяемых межатомными векторами, связывающими атом водорода с другими атомами. Кроме того, когда с помощью синтеза Фурье рассчитывается распределение плотности вещества, отрицательная величина Ь для водорода приводит к отрицательной плотности, а не к положительной, как в случае других атомов. Ниже мы коснемся трех подходов, в которых может быть использовано различие нейтронного рассеяния у водорода и дейтерия. [c.438]

СРЕДНЯЯ ДЛИНА НЕЙТРОННОГО И РЕНТГЕНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ НА ЕДИНИЦУ объема > [c.443]

Если имеются два квадрупольных ядра, окруженных ядрами с / = О [например, как в случае О — Мп(СО)5], то можно наблюдать дипольное взаимодействие ядер марганца и дейтерия [42]. Как обсуждалось в главах, посвященных ЯМР, из величины дипольного взаимодействия можно определить длину связи. Исходя из спектра ЯКР на ядрах Мп, для длины связи Мп — О получим величину 1,61 А, что превосходно согласуется с данными по рассеянию нейтронов [43]. [c.281]

Другой особенностью источника быстрых пейтронов, которую следует учитывать при расчетах, является первый пробег. Когда рождается быстрый нейтрон, он движется от точки своего рождения к наружной поверхности, пока не испытает первого столкновения. При относительно больших энергиях сечепие поглощения мало (оно изменяется по закону 1/у), так что наиболее вероятно первое рассеивающее столкновение. В большинстве случаев большая доля полного пробега нейтрона в процессе замедления обусловлена именно первым пробегом. Хотя, в среднем, нейтроны испытывают много последующих рассеяний, они происходят в пределах малого расстояния от точки первого рассеяния. В результате нейтрон достигает тепловой энергии в окрестности точки первого столкновения. Можно представить себе следующую грубую картину процесса замедления первый пробег, который равен длине пробега до замедления, и последующее замедление в точке первого рассеивающего столкновения. Эта грубая модель может быть использована в качестве первого приближения при описании процесса замедления быстрых пейтронов. [c.163]

Из равенства (6.48) можно грубо считать, что интеграл прямо пропорционален квадрату длины рассеяния и обратно пропорционален Из этого можно сделать приближенный вывод, что возраст велик (а следовательно, длина замедления велика), если велики длина рассеяния и масса ядер. Если велика длина рассеяния, то велики расстояния, которые нейтрон проходит между двумя соударениями, так что при определенной величине потери энергии на одно соударение нейтрону в среде с большой Хд необходимо преодолеть в среднем большее расстояние, чтобы пройти какой-то интервал энергии, чем в среде с малой Поэтому нейтроны, замедляющиеся в первой среде, диффундируют в большей степени, чем во второй, и, следовательно, их г (и) и возраст больше. Подобно этому при определенной величине сечения рассеяния нейтрон, замедляющийся в среде из тяжелых ядер (малое ), должен испытать больше столкновений (следовательно, нейтрон пройдет большее расстояние), чтобы замедлиться до данной летаргии, чем в среде из легких ядер. Так что все факторы, которые удлиняют процесс замедления, в итоге дают увеличение возраста. [c.199]

Экспериментально определяется не амплитуда рассеянной волны, а поток энергии или частиц, пропорциональный ее квадрату. В рентгеноструктурном анализе вводится специальная функция 1(з), называемая интенсивностью рассеяния или дифференциальным сечением рассеяния (для дифракции нейтронов). Размерность этой функции — квадрат длины. Обычно решается обратная задача по восстановлению распределения рассеивающей плотности по измеренной экспериментально функции 1(з). Величина 5 = связывает угол рассеяния 6 с [c.101]

Здесь Е — энергия падающего нейтрона, Е,. — энергия ядерного уровня, Га и — соответственно полуширины резонансного уровня для поглощения нейтрона и для реэмиссии без изменения энергии нейтрона, С — постоянная. Первый член в этой формуле описывает потенциальное, а второй — резонансное рассеяние. Если уровень Е сильно отличается от энергии нейтрона Е, то резонансный член мал. При уменьшении разности Е — Е ) вклад резонансного члена в общее рассеяние возрастает. Разность Е — Ег) может быть положительной и отрицательной, поэтому сечение о может быть больше и меньше 4лЬ . Например, для ядра ванадия результирующая длина рассеяния оказывается очень маленькой — 0,05 см, а в случае ядер водорода, титана и [c.80]

Данные о структуре кристаллических веществ можно получить на основании самых разнообразных исследований. К их числу можно отнести и чисто визуальное измерение внешних граней и углов в монокристаллах, и изучение их объемных характеристик, таких, например, как электропроводность или модули упругости. Однако эти характеристики не позволяют точно установить положение микрочастиц в кристаллах из-за их плотной упаковки. Поэтому при изучении структуры кристаллических веществ используются главным образом оптические методы, базирующиеся на поглощении и рассеянии различных излучений кристаллами. Поскольку длины связей в кристаллах (постоянные их решеток) порядка 0,1—0,3 нм, для анализа обычно используют коротковолновые излучения типа рентгеновского, а также нейтронные и электронные потоки. [c.91]

Уникальными возможностями обладает метод нейтронографии, успешно применяемый для исследования твердых тел и жидкостей, веществ с близкими и достаточно далекими атомными номерами, а также соединений, содержащих изотопы одного и того же вещества. По угловому распределению интенсивности рассеяния медленных нейтронов впервые удалось определить пространственное расположение атомов водорода и длины водородных связей в обычной и тяжелой воде, обнаружить наличие ближайшего ориентационного порядка, существующего в этих жидкостях наряду с ближним координационным порядком. Опыты по неупругому рассеянию медленных нейтронов продемонстрировали коллективный характер теплового движения атомов и молекул в жидкостях, подтвердили теоретические предсказания Л. Д. Ландау о существовании в жидком гелии квазичастиц двух типов фононов и ротонов. В настоящее время эти дифракционные методы являются составной частью физики твердого тела, физического материаловедения, молекулярной физики, биофизики и биологии. Они взаимно дополняют друг друга, имеют свою специфику, преимущества и ограничения, связанные с различием физических свойств рентгеновского излучения, электронов и нейтронов. На современном этапе при проведении структурных исследований используется новейшая аппаратура и вычислительная техника. Помимо навыков работы с ними от специалиста требуется знание теории рассеяния, основ статистической и атомной физики, природы сил взаимодействия атомов и молекул. [c.6]

Различие во взаимодействии рентгеновского излучения электронов и нейтронов с веществом учитывается при расчете атомных амплитуд рассеяния, являющихся основными характеристиками рассеивающей способности вещества. При рассмотрении же рассеяния совокупностью связанных атомов, ионов или молекул вещества механизм рассеяния не затрагивается. Принимают во внимание лишь длину волны используемого излучения, пространственную конфигурацию частиц и расстояние между ними. [c.26]

Связь структурного фактора с электронными свойствами металлов. Одним из физических свойств металлов, непосредственно связанных с ближним порядком и энергией взаимодействия частиц, является электропроводность. Развитие квантовой теории твердого тела привело к выводу, что электропроводность жидких металлов можно вычислить теоретически по экспериментальным данным для структурного фактора а(5), задавая Фурье-образ потенциальной энергии взаимодействия электронов с атомами расплава. Основная идея, на которой базируются расчеты электропроводности, состоит в том, что рассеяние электронов проводимости жидкого металла описывается структурным фактором, аналогичным для рентгеновского излучения или нейтронов. Заметим, что структурный фактор рассеяния электронов проводимости ограничен значениями 5, которые для одновалентных металлов находятся слева от первого максимума а 8), а для двух (и более) валентных металлов —справа от него. В то же время, по данным рассеяния медленных нейтронов и рентгеновских лучей длиной волны X = 0,5—0,7 А, структурный фактор определяется до 5 = 15—20 А"1. Выясним, чем же обусловлено такое различие а(5). По современным представлениям, электроны проводимости металла нельзя рассматривать как свободные. Их движение в кристалле модулировано периодическим силовым полем решетки. Непрерывный энергетический спектр свободных электронов в -пространстве распадается на зоны разрешенных энергий — зоны Бриллюэна, разделенные интервалами энергий, запрещенными для электронов. На шкале энергий Е к) зоны Бриллюэна изображают графически в виде полос разрешенных значений энергии и разрывов между ними (рис. 2,13). В трехмерном/г-пространстве они имеют вид многогранников, форма которых определяется симметрией кристаллических решеток, а размеры — параметрами решетки. Для гранецентрированной кубической решетки первая зона Бриллюэна представляет собой октаэдр, а для объемно-центрированной решетки — кубический додекаэдр. [c.52]

Рис. 2.1,9. Общий вид зависимости числа рассеянных нейтронов от их длины волны. Пунктиром показан вид спектральной линии первичных нейтронов

Рентгеновское и нейтронное рассеяние. Методы рентгепострук-турного и нейтроноструктурного анализа представляют собой дифракционные методы. Рентгеновские лучи — это электромагнитные волны большой энергии. Длины волн пх лежат в интервале от 0,05 до 0,20 нм. Нейтроны — незаряженные микрочастицы, обладаюплие массой покоя. Для пучков нейтронов соответствующие им длины волн лежат в пределах 0,1 —1,0 нм. Рентгеновское излучение рассеивается электронами атомов и молекул. Интенсивность рассеянного излучения фиксируется каким-либо способом и характеризует электронную плотность. Рассеяние рентгеновских лучей на ядрах оказывается пренебрежимо малым. В свою очередь, нейтроны рассеиваются ядрами атомов. При этом упругое рассеяние медленных нейтронов позволяет изучать атомную структуру вещества, а неупругое используется для изучения динамики частиц. Механизмы рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов похожи. [c.101]

В недавней экспериментальной работе Нерли, Коттона и Фарну [16] это состояние изучалось методом нейтронного рассеяния на коротких (М = 29 000) цепях полистирола, растворенных в циклогексане. Короткие цепи исследовались потому, что в случае длинных цепей в разбавленной фазе по существу нет полимера Ф О [см. также формулу (4.1)], и эксперимент поэтому невозможен. Тем не менее для этих коротких цепей (Ы 300) исследователи из Саклэ сумели проследить зависимость К от температуры, т.е. от х- Они экспериментально нашли, что показатель степени в зависимости /г(х 1/2) равен 0,32 0,05 - в прекрасном согласии с формулой (4.61) [c.135]

Явления самоорганизации в растворах фуллеренсодержащих полимеров регулярной структуры были исследованы методом ма-лоуглового нейтронного [86-89] рассеяния в дейтеротолуоле в диапазоне импульсов q = (4л/А.)51п(0/2) = 0.001-01 нм (0-угол рассеяния) длина волны нейтронов X = 0.476 нм. Авторы использовали комбинацию высокоразрешающего метода и метода среднего разрешения (q = 0.1-10 нм" Х = 0.345 нм, А к1Х = 0.1), что позволило обнаружить особенности звездообразных полимеров и их сверхструктур в масштабах от мономерного звена до мезоскопического размера 1 хт. Сравнивались свойства образцов моноядерного 6-лучевого полистирола 12-лучевого двуядерного полистирола (продукта попарного сочетания 6-лучевых звезд) и моноядерного 12-лучевого гибридного полимера с равным числом лучей из полистирола и поли-трет-бутилметакрилата [86, 89]. Установлено, что во всех системах нейтронное рассеяние подчиняется бимодальному закону [c.215]

Существует относительно большое различие в спектральных характеристиках рентгеновского и нейтронного рассеяния на —Ор2-группах полимера и на молекулах воды. Различный характер рассеяния обусловлен разницей в электронных плотностях —Ср2— и НгО, что важно для рентгеновского рассеяния, и значительным расхождением длины когерентного рассеяния нейтронов на этих частицах. В табл. 28.2 представлены соответствующие характеристики полимерных групп и изотопных форм молекул воды в полимере. Следовательно, методы рассеяния нейтронов и рентгеновских лучей могут дать важную информацию о процессах кластерообразования в полимерах. Предварительные эксперименты подобного типа были уже проведены и описаны в литературе [6]. На рис. 28.4 показаны кривые нейтронного рассеяния, полученные для образцов с раз- [c.447]

В сополимерах, содержащих достаточно длинные дейтерированные включения или блоки, применение методов нейтронного рассеяния позволяет вьщелять подвижность дейтерированного блока на фоне остальной цепи. Этот блок может, конечно, содержать несколько ГСЦ. Однако тогда, когда хвосты цепи много длиннее меченого фрагмента, можно при изучении крупномасштабных движений произвести, динамическую перенормировку - рассматривать этот блок как одну, более крупную (сложную) субцепь, а хвосты цепи трактовать как длинные цепи из таких суперч убцепей. [c.59]

Данная глава начинается с описания этих методов, после чего проводится обзор полученных авторами результатов, касающихся молекулярного порядка и подвижности гребнеобразных ЖК полимеров, отличающихся рядом параметров гибкостью полимерной цепи, длиной гибкой развязки и природой мезогенных групп (стержнеобразные и дискотические). Эти результаты сравниваются с данными малоуглового нейтронного рассеяния, рентгенографии, ЭПР и диэлектрической релаксации. В заключение некоторое внимание уделяется исследованиям ЖК эластомеров (см. гл. 10) и методу измерения сверхмедлен-ной переориентации директора на молекулярном уровне. [c.298]

Основное неудобство, связанное с использованием нейтронов, состоит в том, что при доступных потоках этих частиц получение интенсивностей рассеяния, достаточных для структурного анализа, требует довольно длительных экспозиций. Кроме того, в настоящее время в мире существует всего несколько реакторов, способных давать подходящие потоки нейтронов с нужной энергией. В то же время у метода нейтронного рассеяния есть определенные преимущества перед рентгеновским рассеянием. Для прямого сравнения нейтронного и рентгеновского рассеяний нам нужно ввести понятие длины рассеяния. Это абсолютная мера рассеивающей способности частицы. Рассмотрим рассеяние рентгеновских лучей одним электроном. Интенсивность, т.е. энергия, излучаемая за единичное время в единицу телесного угла, равна 7 (0) = 7,90 10 %(1 -I- со5 2е)/2, где 26 — угол рассеяния, а /д — поток энергии через I см в падающем пучке (см. Си1П1ег, 1960). Таким образом, константа 7,90 10 , определяющая действительное количество рассеянной энергии, имеет размерность см. Это — сечение рассеяния, совершенно аналогичное коэффициенту экстинкции (см. Дополнение 7.2). [c.437]

Мы рассмотрим здесь более или менее детально лишь классическое упругое рассеяние света. Метод светорассеяния является близкой аналогией рентгеновского и нейтронного рассеяния в растворе. Образец освещают коллимированным пучком света с длиной волны X, и измеряют интенсивность рассеянного излучения с той же длиной волны как функцию 70 — угла между падаюпщм пучком и направлением, в котором помешен детектор. [c.445]

Это соотношение можно рассматривать как произведение средней длины рассеяния на среднее число столкновений при замедлении до тепловых энергий [см. уравнение (4.42)1. Параметр обычно вычисляется после выбора коэффициента диффузии для быстрой группы и делением его на возраст тепловых нейтронов, так же как л уравнении (8.154). Следует заметить, что выражение (8.141а) может быть записано через плотность замедления 7 = й ср, в впде [c.333]

Плоские графитовые монохроматоры применяются для исследований дифракционного и неупругого рассеяний нейтронов. При этом обеспечивается дифрация нейтронов в диапазоне длин волн 0,2-0,5 нм [7-6], что позволяет исследовать магнитные структуры, фононы в твердых телах, фазовые переходы и биологические системы. [c.458]

Длина рассеяния нейтронов покоящимся ядром не зависит от угла рассеяния (рис. III.4), кривая а). Тепловые колебания атомов в твердых телах и в молекулах, амплитуды которых достигают 10% межатомных расстояний, размазывают плотность точечного ядра по объему, поперечником которого нельзя пренебречь по сравнению с длиной волны излучения. Появляется амплитудный температурный форм-фактор, определяемый множителем Дебая — Валлера е , который учитывает влияние тепловых колебаний частиц кристалла на их рассеяние (см. гл. V). Длина рассеяния Рис. III.4. Длина рассея-частицы (ядра или атома в целом) при ния нейтронов а) нокоя- [c.81]

Различие между блоками мозаики и идеальным кристаллом чисто количественное. В зависимости от способа получения размеры блоков мозаичного кристалла могут меняться от 10 см до мм, тогда как линейные размеры идеального кристалла могут достигать 5—10 см. В дифракционных экспериментах граница между кристаллическим блоком и идеальным кристаллом определяется экстинкционной длина, показывающей, при каких размерах блоков необходимо учитывать взаимодействие рассеянных волн с первичной волной в кристалле. Экстинкционная длина определяется сечением рассеяния, т. е. степенью взаимодействия излучения с веществом. Для рентгеновского излучения эта длина- 10 см, тогда как для электронов и нейтронов она сдвигается соответственно в область меньглих и больших размеров. [c.83]

Сходимость рядов Фурье. Поскольку ядра практически точечные, поток нейтронов рассеивается ядром почти одинаково интенсивно под любыми углами рассеяния. Размытость электронной плотности атомов приводит к ослаблению рассеяния с увеличением угла [что и фиксируется табличными функциями /рент (sin О/Л) ]. Еще быстрее затухают с увеличением угла О атомные амплитуды рассеяния электронов /элект (sin / .) (рис. 59, б), идним словом, чем более размыты склоны максимума рассеивающей плотности атома р(г), тем резче ослабляется рассеяние с увеличением угла рассеяния и уменьшением длины волны Х [быстрее снижается функция /(sin i>A)]. Поскольку атомные амплитуды входят в формулы структурных амплитуд как размерные коэффициенты, они определяют и относительную быстроту снижения величины F hkl) с увеличением индексов отражений. Поэтому сходимость ряда Фурье находится в обратной зависимости от остроты максимумов плотности материи она падает в ряду [c.171]

Так как скорость фотона с 10 м/с, а скорость нейтрона = —УЗкТ/т 10 м/с, то время прохождения ими расстояния порядка 10 1 м составляет 10"1 с для фотона и 10" с для нейтрона. Следовательно, энергия рентгеновских фотонов почти в 10 раз больше, чем энергия нейтронов при той же длине волны. Во столько же раз меньше продолжительность взаимодействия фотона с атомом. Поэтому для рентгеновского излучения неулругое рассеяние атомов не играет роли, для нейтронов же оно составляет значительную часть общего рассеяния, что усложняет методику дифракционного эксперимента. Вместе с тем слабое поглощение нейтронов позволяет получать дифрак-тограммы от жидких металлов, сильно поглощающих рентгеновское излучение. Применение к жидкостям электронов сопряжено с рядом трудноустранимых побочных эффектов. Электроны являются удобным средством изучения строения молекул газов, структуры кристаллических и аморфных тел. [c.41]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология